直齿圆柱齿轮工艺过程设计说明书

四川职业技术学院设计说明书

机械设计

－－－圆柱直齿齿轮设计

学 生 123宿舍成员 院 系 汽车工程系 专 业 汽车制造与装配 学 号 指 导 教 师

答 辩 日 期

目录

一、齿轮的发展历史及

（一）、齿轮的发展历史 (二)、我国齿轮发展现状 （三）、齿轮发展趋势

二、齿轮的毛胚选择与计算

（一）毛胚的的选择

（二）齿轮的计算

三、齿轮加工工艺分析

（一）工艺过程分析

（二）定位基准的确定 （三）齿端加工 （四）精基准修正

四、总结 五、参考文献

一、齿轮的发展历史及

（一）、齿轮的发展历史

齿轮传动技术经历了长期的历史发展过程。公元前400~200 年，中国古代就开始使用齿轮，在我国山西出土的青铜齿轮是迄今已发现的最古老齿轮，作为反映古代科学技术成就的指南车就是以齿轮机构为核心的机械装置。但从17世纪末，人们才开始研究能正确传递运动的轮齿形状。18世纪，欧洲工业革命以后，齿轮传动应用日益广泛，先是发展摆线齿轮，而后是渐开线齿轮。早在1694年，法国学者philippe De la hire，首先提出渐开线可作为齿形曲线。1733 年，法国人Camus M ,提出轮齿接触点的公法线必须通过中心连线上的节点。他考虑了两齿面的啮合状态，明确建立了关于接触点轨迹的概念。1765年，瑞士的Eulerl 提出渐开线齿形解析研究的数学基础，阐明了相啮合的一对齿轮，其齿形曲线的曲率半径和曲率中心位置的关系。后来，Savary 进一步完成这一方法，成为现在的Euler-Savery方程。对渐开线齿形应用作出贡献的是Robert Willis，他提出中心距变化时，渐开线齿轮具有角速比不变的优点。1873年，德国工程师hoppe 提出，对不同齿数的齿轮，在压力角改变时的渐开线齿形，从而奠定了现代变位齿轮的思想基础。

直至19世纪末，展成切齿法的原理及利用此原理切齿的专用机床与刀具的相继出现，使齿轮加工具有较完善的手段后，渐开线齿形才显示出巨大的优越性。切齿时，只要将切齿刀具从正常的啮合位置稍作移动，就能用标准齿轮刀具在机床上切出相应的变位齿轮。1908年，瑞士MAAG公司研究并制造出展成法加工的插齿机。接着，英国BSS、国AGMA、德国的DIN, 等相继对变位齿轮提出了多种计算方法。为提高动力传动齿轮的使用寿命并减小其尺寸，英国人Humphris 在1907 年最早发表了圆弧齿形的设想。1926 年，瑞士人Wildhaber取得了法面圆弧齿形斜齿轮的专利权。1955年，原苏联工程师,Novikov 在完成实用性研究后进入工业应用。1970 年，英国Rolls-Royce 公司工程师Studer 取得了双圆弧齿轮的美国专利。与此同时，我国与原苏联，以及日本等国对双圆弧齿形，进行了一系列开发研究并获得了普遍的应用成果。

(二)我国齿轮发展现状

建国初期，当时基本上没有齿轮产品的生产能力。经过第一、二个五年计划的建设，我国初步形成了一套包括机床、汽车、重型机械、电站设备，石油化工与通用设备等机械制造能力。同时，相应的齿轮制造业也随着发展起来，到1963

年左右，我国已不仅能成批生产齿轮及其装置，而且普通规格的齿轮机床、刀具、量仪也能由国内制造。1970 年后，国家为了上水平，新建与改建一批生产齿轮及齿轮箱的专业厂与车间，并从国外引进一批关键设备，使齿轮产品的生产能力和水平上了一个台阶。到1980年初，当时结合发展硬齿面齿轮制造技术与齿轮产品的更新换代，进一步装备了一批齿轮制造企业，这就基本上形成了我国齿轮制造业的完整体系。

齿轮传动在我国的发展是从渐开线齿廓起步的。渐开线齿轮在技术上最成熟，应用最具备条件，因而使用也最普遍，并在机械传动设计中，占有主导地位。渐开线齿廓具有中心距敏感性小，可进行各种变位和修形设计，易于进行精密加工、互换性好等一系列优点。从50年代起，在一般与重要的设备传动系统中，都采用渐开线齿轮。限于当时的制造水平，多数齿轮传动采用定轴式结构，普遍使用以调质热处理为主的所谓软齿面齿轮，其制造精度相当于国际GB 10095-88 的8-9级。由于渐开线软齿面齿轮表面接触强度薄弱，加之一般质量水平不高，在使用中往往出现早期失效，尤其在一些承载较重的场合，使用寿命较低。1958 年以后，我国开始研究与应用单圆弧齿轮。这种齿轮主要靠轴向传递运动，其端面齿廓理论上呈点啮合，因而降低了对齿廓的技术要求；在垂直于齿面瞬时接触线方向，诱导曲率半径较大；再有，齿面润滑性能较好，因此，在软齿面条件下其齿面接触强度与渐开线齿轮相比有显著提高。从60 年代起，单圆弧齿轮在国内获得了 广泛应用。1970年以后，我国由单圆弧齿轮发展为双圆弧齿轮，即由单凸圆弧或单凹圆弧组成齿廓改变为由凸凹圆弧上下分段组成的单一齿廓形式，也就是说大、小齿轮的基本齿廓是一致的。它简化了切齿工艺，大大提高了轮齿的弯曲强度，使圆弧齿轮的技术达到了更完善的程度。这对于同样参数与尺寸的软齿面圆柱齿轮，圆弧齿轮的工作寿命高于渐开线齿轮，特别是应用在一些重负荷、大功率的齿轮传动中，取得了良好的效果。

70年代末，随着国外机械产品的引进与齿轮制造水平的提高，齿面经渗碳淬火、氮化或感应淬火处理的所谓硬齿面渐开线齿轮开始为人们所重视。这种齿轮由于齿面硬度高与轮齿精度好而大大提高承载能力和使用寿命，并因结构尺寸小使齿轮装置的成本大为降低。80年代末，我国已初步具备了硬齿面渐开线齿轮的制造能力，齿轮加工精度一般为6-7级，高精度齿轮可达4-5 级。与此同时，双弧齿轮的硬齿面技术也有新的发展，研制成功齿面经氮化处理的硬齿面双圆弧齿轮，且已在大功率高参数齿轮传动装置上推广应用。近来，又在成功应用珩齿新工艺基础上，开发出超硬滚切（也称刮齿）圆弧齿轮的精加工工艺，将会进一步扩大硬齿面圆弧齿轮的应用范围。为避免根切、减少传动结构尺寸、提高齿面接触强度，变位齿轮的应用日益见多。一般根据齿轮的工作条件、材料热处理状况，以及性能指标的要求，选取各自不同的变位系数。近年来，有的重载齿轮为了降低齿面接触应力，提高抗胶合能力，设计大变位系数的齿轮传动，使最大滑动率接近相等；有的开式齿轮为抗磨损与提高齿轮弯曲强度，选择总变位系数尽可能大的正变位设计，使齿轮在不改变结构、不增加制造成本条件下，提高承载性能与使用寿命，充分发挥了变位齿轮的优越性。

实践已经证明：符合理论齿廓与理论齿向的齿轮传动不一定具有良好的动态性能。重要的齿轮传动通常设计为修形齿轮。现在，不仅那些有降噪要求的机床与车辆齿轮需要齿顶修形（也称修缘）或齿向修鼓形，而且发展为整个齿廓与齿向进行不同方式的修形设计。特别对于大功率高速或重载齿轮传动，由于受到轮齿变形与制造安装误差等影响，因静态齿面接触情况的改变，造成齿轮运转中的

振动与偏载。一般对6 级精度以上的圆柱齿轮传动，都可进行修形设计，这种齿轮修形的概念已较普遍地应用在其他类型的齿轮传动中。各类齿轮的行星传动是近20年来发展较快的一种传动形式，它是一种至少有一个齿轮的几何轴线绕中心轮轴线回转的齿轮传动。因此种传动采用数个行星轮或一个行星轮的多个轮齿同时传递负荷，并利用了向啮合的组合形式，因而具有体积小、重量轻、速比范围大、传动效率高、噪声小等优点，广泛用于冶金、矿山、起重运输、通用、化工、航天等设备上，作为增速、减速与变速的传动装置。在有些要求结构紧凑的场合或是同轴线传动的情况下，它已替代了一批平行轴结构的定轴传动。渐开线齿轮行星传动一般用于大、中功率的增、减速传动，而各种少齿差式的行星传动主要使用在中、小功率的大减速比传动。所谓少齿差即是在齿轮啮合副中，其内齿轮 与外齿轮的齿数差很少而得名。对于渐开线齿轮少齿差行星传动与摆线针轮少齿差行星运动来说，其基本原理与计算方法相同，其行星运动的产生，并无单独的行星轮而是由其中的外齿轮通过一转臂轴承的偏心作用所致。渐开线少齿差中的外齿轮一般是不磨齿的，因而加工简便，成本低。摆线少齿差中的外齿轮（摆线轮）是齿面渗碳淬火磨齿的。

传动效率较高，但需专用加工设备，因为是成批生产，成本不会太高，应用面越来越广，它是目前我国齿轮减速器中年产量最大的一种。另一种谐波齿轮少齿差行星传动是依靠柔性材料制成的外齿轮所产生的可控弹性变形来传递运动。常应用于传动功率不大、运动精度高、回差小、结构更为紧凑的大速比传动装置，特别适合于仿生机械，医疗机械，电子设备及航空航天装置上要求高动态性能的伺服系统中使用。锥齿轮与准双曲面齿轮根据其类型、制造精度与材料热处理的不同，具有各自的应用范围。在车辆与航空方面，较多采用弧齿锥齿轮，并长期沿用美国的格利森（Gloasean）制，多年来已形成一整套比较成熟的设计与工艺方法。也有一些采用奥利康（Oerlikon）制，这种锥齿轮是在延伸外摆线锥齿轮铣齿机上加工的。,90年代后，针对重型、矿山设备中大型曲齿锥齿轮的需要，连续从国外引进由德国克林根贝尔格（kingelnberg）公司生产的延伸外摆线锥齿轮生产线，加工齿轮最大法向模数35mm，最大直径达到2000mm，形成了一套摆线—准渐开线齿制。在要求单级大减速比并传递大转矩的齿轮传动中，多数应用蜗杆传动。现有普通圆柱蜗杆，圆弧圆柱蜗杆与环面蜗杆等三种类型。一般设计成普通圆柱蜗杆传动，加工比较方便。其中应用较多的是轴向直廓圆柱蜗杆传动与法向直廓圆柱蜗杆传动两种；对于载荷较大的场合，常采用圆弧圆柱蜗杆传动；对于较精密的传动，可采用渐开线圆柱蜗杆传动或轴向直廓圆柱蜗杆传动。在一些重载，且功率较大的传动中，较多采用环面蜗杆传动。它具有多齿接触与润滑条件好等特点。如与普通圆柱蜗杆副相比，承载能力可提高1.5-3倍。其缺点是制造比较复杂、成本高。蜗杆传动类型的选择取决于所具有的工艺条件与传递功率的范围。蜗杆传动的性能质量不仅与蜗杆和蜗轮的制造质量有关，且与安装跑合的效果密切相关。只要在工艺上保证，同一类型的蜗杆传动，其承载能力不会有显著差别。齿轮产品的质量和性能，除依赖于合理而先进的设计方法外，主要决定于齿轮制造水平的高低。近些年来，我国齿轮制造能力和水平已有长足的发展，齿轮精度等级普遍有所提高，例如一般低速齿轮已由8 7 , 级提高到9 7 8 级；机床齿轮由: 7 8 级提高到279 级；汽车齿轮由: 7 , 级提高到2 7 8 级；轧机齿轮由9 7 8 级提高到2 7 : 级；高速齿轮由2 7 9 级提高到; 7 : 级。由此带动了相关的齿轮机床、切齿刀具、测量仪器的技术更新、精度水平的提高及品种规格范围的扩大。多数齿轮机床与刀具已接近或达到国际通用标准水平，但对少

数高精度磨齿机、高效切齿机床以及精密量仪等，与国际通用标准相比尚有一定差距。对于不同类型的齿轮、齿廓形状、齿面硬度、结构形式、精度等级与生产条件，可选择不同的工艺方案。一般来说，齿轮制造工艺过程包括材料制备、齿坯加工、切齿、齿面热处理和齿面精加工等五个阶段。常用的轮齿加工方法有铣齿、滚齿、插齿、剃齿、珩齿与磨齿等，其相应的齿轮加工机床与切齿工具一般均能立足于国内。圆柱齿轮在机械产品中，应用广泛，规格品种繁多，长期来采用渐开线齿廓。多数选用中碳合金钢与渗碳合金钢两种，少数采用氮化钢。按其性能规定相应的热处理工艺，如调质、感应淬火、渗碳淬火与表面氮化等。在切齿工艺方面，对于汽车、拖拉机批量生产的中、小模数齿轮，通常采用滚（插）齿—剃（挤）齿—热处理—珩齿工艺；对于冶金、矿山、石化、起重运输等机械 配套的大、中模数齿轮，大都采用调质处理一滚（插）齿工艺；对于低速重载与高速齿轮，一般采用滚（插）齿—渗碳淬火—磨齿工艺。

蜗轮副的加工相当于蜗杆与蜗轮的啮合运动关系。蜗杆通常可用铣削与车削两种加工方法，对于要求较精确的或硬齿面蜗杆，应采用磨削方法。蜗轮轮齿在成批生产条件下，使用几何尺寸做成与相啮蜗杆基本相同的蜗轮滚刀，按要求的中心距滚削加工；对于单件制造的蜗轮，可采用单齿或多齿飞刀加工；对于重要的或高精度蜗轮，应使用蜗轮剃齿刀精加工齿面。蜗杆副安装后，一般需要跑合运转。锥齿轮加工方式名目繁多，按其齿线形式差异，有不同的方法。直齿（包括斜齿）锥齿轮用刨齿法加工，其中分展成法与仿形法两种形式。对于大批生产的较小模数锥齿轮可用圆拉刀成形法铣齿，其效率较高，但需专用刀具；也用双刀盘铣齿，适于中、小模数锥齿轮的高效加工，它与展成法刨齿相似，其加工齿宽受刀盘直径限制；如用砂轮替代刀盘，可作磨齿加工；对于齿廓精度要求不高的锥齿轮，用成形铣刀（如盘状铣刀或指形铣刀）以单面法或双面法进行加工。 曲齿锥齿轮加工主要分弧齿锥齿轮与长幅外摆线锥齿轮两类。弧齿锥齿轮用铣刀 盘铣齿，刀盘在铣齿机摇台上做切削旋转运动，而摇台与被加工锥齿轮做相对滚动，刀盘与工件的运动关系，相当于一个平面圆弧齿轮与被加工锥齿轮的啮合，所得齿形为渐开线的近似齿廓，刀盘滚切一次就切出一个齿侧面，工件分度后再加工另一齿面。对于收缩齿与等高齿两种情况，铣刀盘种类与旋转轴线的调整是不同的。如用砂轮代替刀盘，可进行锥齿轮齿面的磨削精加工。长幅外摆线锥齿轮在加工时，机床摇台固定不动，刀盘与工件相对转动，可以连续铣齿，同时完成齿槽切削与分度，铣刀盘转过内外一组刀齿，工件则转过一个齿节距。若刀盘随机床摇台与被加工工件相对滚动切削，则一次滚动可同时完成分度与齿廓和齿向的加工。这种锥齿轮因机床与刀盘结构不同，也有奥利康、克林根贝尔格、格利森等三种齿制的切齿调整方法。以上两类曲齿锥齿轮，只要将被加工锥齿轮的轴线调整到机床摇台轴线相错位置，均可切制准双曲面锥齿轮副。

摆线齿轮、谐波齿轮与非圆齿轮等加工均属相应的滚齿、铣齿、插齿、与磨齿等方法的特殊应用。如改变砂轮的形状与通常的磨齿运动关系，就可磨削摆线齿轮的齿面；如利用数控技术，在插齿方法中改变刀具与工件相互运动的瞬时速比关系与中心距，就可加工非圆齿轮。

齿轮的技术标准是各类齿轮产品质量的重要保证。齿轮精度标准是影响齿轮质最重要的一项，它规定了不同等级齿轮加工误差的限制范围，多年来，企业努力贯彻此标准，并在标准的基础上，创立了齿轮整体误差测量理论和仪器，为确保齿轮质量，提供了重要手段。目前，我国已颁布各项齿轮国家标准88项，齿轮行业标准283项。其中大多数齿轮技术标准，均已与国际接轨，达到了国际通用技

术水平。关于齿轮术语、代号、设计计算、试验与检验方法等基础标准，广泛采用了世界先进国家标准，推动企业不断提高齿轮产品的质量水平。

近十几年来，我国陆续从世界工业先进国家引进了石油化工、大型化肥、燃气轮机、冶金轧钢、建材、露天矿开采等大型成套设备，数量可观。经实际使用分析，其中高速与重载齿轮是这些成套设备的关键部件，绝大部分采用硬齿面齿轮，齿轮的圆周速度最高达150m/s，传动功率最高达40000kw,，齿轮精度等级5-6级，最高为4 级。为实现这些高精度硬齿面齿轮制造的国产化，开展了科研与制造技术攻关，使我国的高速齿轮与重载齿轮设计制造水平提高了一大步。现已能设计制造的高速齿轮，其最大功率为44000kw，最高圆周速度为156m/s，齿轮制造精度为4-5级；重载齿轮最大功率达6000kw，最大传递转矩达2000KN.m，圆周速度达30-50m/s，齿轮精度达5-6级。

（三）齿轮发展趋势

国际上，动力传动齿轮装置正沿着小型化、高速化、低噪声、高可靠性方向发展。为提高齿轮传动的承载能力，硬齿面齿轮设计制造技术，日益受到普遍的关注，以提高齿轮齿面硬度缩小传动装置的尺寸。软、硬齿面齿轮设计性能参数及经济效益对比（见表1-1），表中列出了各种齿轮材料与工艺条件下的经济效果。其次，采用以圆弧齿轮为代表的特殊齿形，如英法合作研制的舰载直升飞机主传动系统，应用圆弧齿轮设计后，使减速器高度大为降低。还有，随着船舶动力由中速柴油机代替的趋势，在大型船上采用大功率行星齿轮装置确有成效。在冶金、矿山、水泥、轧机等大型传动装置中，行星齿轮以其体积小、同轴性好、效率高等特点而应用愈来愈多。

由于炼油、化肥、冶金等设备向大型化发展，对传动装置的功率、速度与可靠性都提高了。如传动功率1000-30000kw，齿轮圆周速度20-200m/s，设计工作寿命5*10-10*10h，因而要求齿轮的精度等级达到4-5级以上。并对齿轮运转的平稳性与噪声均有较高的要求。

由于数控技术和计算机技术的发展，应用于传递两轴间非匀速比运动的非圆齿轮传动已在各种机器及仪器仪表，如机床、重型机械、轻工机械、汽车以及流量计等中逐步发展起来，其应用效果是十分显著的，如锥形立铣刀的刀刃是圆锥面上的螺旋线，采用非圆齿轮使等导程螺旋线改变为等螺旋角螺旋线，可改善铣刀的切削性能；在汽车变传动比转向器中，采用的齿条与齿扇传动设计，就是利用非圆齿轮的传动原理；此外，钢带轧制生产线中最后切断工序的滚筒式飞剪机，就是利用非圆齿轮装置，来保证钢带的同步剪切。

齿轮用钢材及其热处理工艺对齿轮的承载能力影响较大，如合金钢调质到300HBS的许用接触应力为850N/mm，许用弯曲应力为300N/mm；而渗碳淬火至60HRC的钢，其许用接触和弯曲应力分别达到1600N/mm和500N/mm 。因而，目前普遍提高了对各类齿轮的齿面硬度要求。在钢材的冶金质量方面，对重要的齿轮，要求采用真空脱气处理，提高了钢的韧度，改善了加工性能。为保证齿轮不同尺寸的心部硬度与减少热处理变形，开始生产并应用保证淬透性钢。为缩短齿轮渗碳周期，正逐步推行齿轮的稀土渗碳工艺。此外，为确保齿轮的加工质量、效率及减少变形，对齿坯预备热处理的质量越来越重视。

表1-1 软、硬齿面齿轮性能参数及经济效益对比 钢材 热处理 加工 中心距/mm 重量/kg 重量比（%） 价格比（%） 安全系 数

在切齿加工方面，目前正向高速、高效、高精度方向发展。如用高速钢滚刀滚齿，切削速度可达100-200m/min，被加工齿面的硬度达300-400HBS；硬质合金滚刀切齿，切削速度达)300m/min。在汽车齿轮加工中，多采用多头滚刀，一般双头滚刀可提高效率40%，且头数越多、前刃面磨损越小。滚齿时，在机床上采用数控、数显装置，可缩短调整时间80%，使加工精度提高1 级。硬齿面齿轮的精加工，当前采用硬质合金负前角滚刀超硬滚齿，如与蜗杆珩齿结合可部分代替传统的磨齿工艺，费用仅为磨齿的1/3，效率比普通磨齿提高1-5倍，模数越大，齿数越多，效果越明显，且没有烧伤或裂纹，还可适当提高齿面的疲劳强度。用超硬滚切代替齿轮的粗磨或半精磨的趋势日益明显。滚切精度可以达到6 级，对大模数硬齿面齿轮可达到7级。此外，在加工汽车硬齿面齿轮时，发展一种不使用切削液的超硬滚刀干式滚切工艺，不仅可以提高生产率，减少加工费用，而且可减轻环境污染。在插齿工艺方面，有些插床的插削速度已提高到1500-2500冲程/min，加工精度可达5-6级，如使用TIN涂层插齿刀加工摩托车齿轮，刃磨一次可加工1000件，它比无涂层插齿刀寿命延长6倍。用aa级硬质合金插齿刀加工45-62HRC的硬齿面齿轮，其精度可达6-7级。使用CBN梳齿刀加工淬硬齿轮，其精度可达5 级在珩齿方面，除采用蜗杆式珩轮进行珩齿外，瑞士生产了一种内啮合式珩轮的珩齿机，加工一个m=3.5mm、z=41、b=37的斜齿轮，时间仅为1min，加工精度达5-6级，现已在一些轿车齿轮上应用推广。

磨齿是获得高精度齿轮最可靠的方法，在齿轮加工中的比重日益增大。一方面普遍采用数控技术提高自动化程度，另一方面广泛使用CBN 砂轮提高磨齿精度。改善冷却润滑条件。新近开发了高效数控CBN 蜗杆砂轮磨齿机与数控CBN 成形砂轮磨齿机，磨削效率与质量显著提高，还可减少磨削次数、提高磨削用量，省去昂贵的修正机构与补偿装置。有的在蜗杆砂轮上镀一层CBN 磨料，无需经机床修整，磨削淬硬的汽车齿轮，仅需1min，加工精度达4-5级。瑞士莱斯豪尔公司采用环面蜗杆砂轮磨削原理开发的RIP200型磨齿机，其生产率为普通磨齿法的5倍；磨削轿车齿轮时，单件磨削时间可缩短到1min，平均每个齿的磨削时间仅为2s，并

抗点蚀 抗弯曲 45 正火 滚齿 830 8500 174 132 1.3 6.1 42CrMo4 调质 滚齿 650 4860 100 100 1.3 5.7 30MnCr5 31CrMoV9 42CrMo4 渗碳调质 气体淡化 磨齿滚齿 精滚 585 490 3565 2620 71 54 85 78 1.3 3.9 1.3 2.3 34CrMo4 感应或火焰淬火 滚齿、研齿 470 2390 49 66 1.4 2.3 20MnCr5 渗碳 磨齿 390 1581 33 63 1.6 2.3 按需可磨削各种修形齿轮。由于应用立方氮化硼砂轮的结果，使成形磨削获得了快速发展。与蜗杆砂轮磨齿相比，成形磨齿能十分方便解决齿廓修缘和齿根圆角问题，并在理论上对工件的模数没有限制，而蜗杆砂轮磨齿的最大模数仅7-8mm。数控成形砂轮磨齿机具有其他各种磨齿机无法比拟的万能性，配备相应软件后，可加工各种特殊齿形，而且调整方便，操作简单，最高磨齿精度可达2 级。 齿轮传动CAD技术的开发与应用已日趋完善，从优化设计到计算机辅助绘图，从二维图形发展到三维实体造型，从齿轮零部件CAD到齿轮传动装置CAD，逐步建立了齿轮传动一体化的CAD集成系统。它包含了各类齿轮传动装置相关零部件CAD。一般齿轮设计计算软件开发已较完整，在工程应用中已较普遍。目前，少数单位开发了典型齿轮零部件的参数化CAD绘图，效率很高。要把通用的机械CAD软件和齿轮专用的CAD软件结合起来，推动软件的商品化与集成化，建成齿轮设计与制造工程数据库，逐步过渡到齿轮传动的动态设计技术与仿真技术，以适应高参数与高性能齿轮装置的设计要求，进一步解决齿轮产品虚拟设计与制造技术中，三维可视图形、建模与仿真、动态设计与分析计算等现代设计技术问题。

二、齿轮的毛胚选择与计算

（一）毛胚的的选择

为了制造出质量高，成本低竞争力强的产品，要科学合理的对众多选材料进行全面分析和筛选。

1材料的使用性能

使用性能主要是指在工作条件下，材料应具有的力学性能、物理性能和化学性能，这是选材时首先应予保证的。对于机械零件和工程构件，最重要的是力学性能。齿轮在机器中的主要作用是传递功率与调节速度。在工作时，齿轮通过齿面得接触传递动力，周期的受弯曲应力盒接触应力。在啮合的齿面上，还承受强烈的摩擦力和冲击力等。

因此要求齿轮材料具有：较高的弯曲疲劳和接触疲劳强度；齿面有较高硬度和耐磨性；齿轮心部要有足够的强度和韧性。所以材料采用45钢。

2、材料的工艺性能

制造每一个零件都要经过一系列的加工过程，因此，将材料加工成零件的难易程度，将直接影响零件的质量、生产效率和加工成本。

工艺性能中最突出的问题是切削加工性和热处理工艺性。因此绝大部分材料需经过切削加工和热处理。

3、材料的经济性

在满足使用性能的前提下，选用材料时应注意降低零件的总成本。零件的总成本包括材料本身的价格、加工费和其他费用，有时甚至还要包括运费与安装费用。

在金属材料哦中，非金刚和铸铁的价格都比较低廉，而且加工方便。因此在能够满足零件力学性能与工艺性能的前提下，选用非合金刚和铸铁可降低成本。对于一些只要求表面性能高的零件，可选用廉价钢种进行表面强化处理来达到。另外，在考虑材料的经济性时不宜单纯的以价格来比较材料的优劣，而应以综合经济效益来评价材料的经济性。

（二）齿轮的计算 表1-2齿轮的计算 名称 模数 齿数 分度圆直径 齿顶高 齿根高 齿顶圆直径 齿根圆直径 孔径 齿宽

符号 m z 公式 M=p/π z dmz *haham 齿1 5 18 90 5 6.25 100 77.5 55 18 齿2 5 28 140 5 6.25 150 127.5 d ha hf da *hf(hac*)m dad2ha dfd2hf df b b bdd1 18 三、齿轮加工工艺分析

圆柱齿轮加工工艺过程常因齿轮的结构形状、精度等级、生产批量及生产条件不同而采用不同的工艺方案。

（一）工艺过程分析

图1-1所示为一双联齿轮，材料为40Cr，精度为7－6－6级，其加工工艺过程见表1-4。

从表中可见，齿轮加工工艺过程大致要经过如下几个阶段：毛坯热处理、齿坯加工、齿形加工、齿端加工、齿面热处理、精基准修正及齿形精加工等。

图1-1 双联圆柱直齿齿轮

表1-3加工精度表

齿号 模数 齿数 精度等级 Ⅰ 2 18 7GK Ⅱ 2 28 齿号 基节偏差 齿形公差 Ⅰ ±0.016 0.017 0.017 Ⅱ ±0.016 0.018 0.017 7JL 齿向公差 0.02公法线平均4 长度 0.04跨齿数 2

公法线长度变0.03动量 9 齿圈径向跳动 0.050 21.36 0－27.6 0－0.05 0.05 4 5 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 正火 表1-4 双联齿轮加工工艺过程

工序内容 毛坯锻造 粗车外圆及端面，留余量1.5～2mm，钻镗花键底孔至尺寸φ50 拉花键孔 钳工去毛刺 上芯轴，精车外圆，端面及槽至要求 检验 滚齿（z＝28），留剃余量0.07～0.10 mm 插齿（z＝18），留剃余量0.0,4～0.06 mm 倒角（Ⅰ、Ⅱ齿12°牙角） 钳工去毛刺 剃齿（z＝28），公法线长度至尺寸上限 剃齿（z＝18），采用螺旋角度为5°的剃齿刀，剃齿后公法线长度至尺寸上限 齿部高频淬火：G52 推孔 珩齿 总检入库

定位基准 外圆及端面 Φ50孔及A面 花键孔及A面 花键孔及B面 花键孔及A面 花键孔及端面 花键孔及A面 花键孔及A面 花键孔及A面 花键孔及A面

加工的第一阶段是齿坯最初进入机械加工的阶段。由于齿轮的传动精度主要决定于齿形精度和齿距分布均匀性，而这与切齿时采用的定位基准（孔和端面）的精度有着直接的关系，所以，这个阶段主要是为下一阶段加工齿形准备精基准，使齿的内孔和端面的精度基本达到规定的技术要求。在这个阶段中除了加工出基准外，对于齿形以外的次要表面的加工，也应尽量在这一阶段的后期加以完成。 第二阶段是齿形的加工。对于不需要淬火的齿轮，一般来说这个阶段也就是齿轮的最后加工阶段，经过这个阶段就应当加工出完全符合图样要求的齿轮来。对于需要淬硬的齿轮，必须在这个阶段中加工出能满足齿形的最后精加工所要求的齿形精度，所以这个阶段的加工是保证齿轮加工精度的关键阶段。应予以特别注意。

图1-2

图1-3

加工的第三阶段是热处理阶段。在这个阶段中主要对齿面的淬火处理，使齿面达到规定的硬度要求。

加工的最后阶段是齿形的精加工阶段。这个阶段的目的，在于修正齿轮经过淬火后所引起的齿形变形，进一步提高齿形精度和降低表面粗糙度，使之达到最终的精度要求。在这个阶段中首先应对定位基准面（孔和端面）进行修整，因淬火以后齿轮的内孔和端面均会产生变形，如果在淬火后直接采用这样的孔和端面作为基准进行齿形精加工，是很难达到齿轮精度的要求的。以修整过的基准面定位进行齿形精加工，可以使定位准确可靠，余量分布也比较均匀，以便达到精加工的目的。

（二）定位基准的确定

定位基准的精度对齿形加工精度有直接的影响。轴类齿轮的齿形加工一般选择顶尖孔定位，某些大模数的轴类齿轮多选择齿轮轴颈和一端面定位。盘套类齿轮的齿形加工常采用两种定位基准。 1）内孔和端面定位 选择既是设计基准又是测量和装配基准的内孔作为定位基准，既符合“基准重合”原则，又能使齿形加工等工序基准统一，只要严格控制内孔精度，在专用芯轴上定位时不需要找正。故生产率高，广泛用于成批生产中。 2）外圆和端面定位 齿坯内孔在通用芯轴上安装，用找正外圆来决定孔中心位置，故要求齿坯外圆对内孔的径向跳动要小。因找正效率低，一般用于单件小批生产。

（三）齿端加工

如图9－18所示，齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱，和去毛刺等。倒圆、倒尖后的齿轮，沿轴向滑动时容易进入啮合。倒棱可去除齿端的锐边，这些锐边经渗碳淬火后很脆，在齿轮传动中易崩裂。

用铣刀进行齿端倒圆，如图9－19所示。

倒圆时，铣刀在高速旋转的同时沿圆弧作往复摆动（每加工一齿往复摆动一次）。加工完一个齿后工件沿径向退出，分度后再送进加工下一个齿端。

齿端加工必须安排在齿轮淬火之前，通常多在滚（插）齿之后。 （四）精基准修正

齿轮淬火后基准孔产生变形，为保证齿形精加工质量，对基准孔必须给予修正。

对外径定心的花键孔齿轮，通常用花键推刀修正。推孔时要防止歪斜，有的工厂采用加长推刀前引导来防止歪斜，已取得较好效果。

对圆柱孔齿轮的修正，可采用推孔或磨孔，推孔生产率高，常用于未淬硬齿轮；磨孔精度高，但生产率低，对于整体淬火后内孔变形大硬度高的齿轮，或内孔较大、厚度较薄的齿轮，则以磨孔为宜。

磨孔时一般以齿轮分度圆定心，如图9－20所示，这样可使磨孔后的齿圈径向跳动较小，对以后磨齿或珩齿有利。为提高生产率，有的工厂以金刚镗代替磨孔也取得了较好的效果。

四、总结

这次课程设计花了四五天，通过这段时间的设计，认识到自己的很多不足，自己知识的很多盲点和漏洞，知识和实践的差距，所以说通过这次设计我深刻的认识到理论联系实际的能力还急需提高。 在这个过程中，遇到了一些困难，但是通过和同学的讨论和资料查找还是解决了这些难题，随着问题的解决，学习的热情高涨。

本次设计涉及了金属工艺的大部分知识还有就是CAD作图和word文档的处理。也使我们很好的将课本上的知识与实际结合起来，收获颇多，特别是收集资料和信息的能力，这也是我们大学期间一次难得机会，总之是获益匪浅。

五、参考文献

1、李翠梅 王俊伟 主编《工程力学与机械设计基础》北京师范大学出版社 2、王英杰 主编《金属工艺学》高等教育出版社 3、刘力 主编《机械制图》高等教育出版社

4、翟瑞波 主编《数控机床编程与操作》中国劳动社会保障出版社 5、薄继康 张强华 主编《AutoCAD2006实用教程》电子工业出版社

指 导 教 师 评 语 成 绩 (黑 体 4 号)